1.本发明涉及生物质基功能材料的制备及利用技术领域，特别是涉及一种代塑生物质基冷链物流保温材料的开发的制备方法。


背景技术：

2.在高度发达便利的现代社会，冷链物流运输越来越快捷高效，已与人们的日常生活息息相关。作为保温隔热缓冲功能的发泡材料非常完美地配合冷链物流，将新鲜食品安全快速送到人们家中。发泡材料提高了冷链设备的隔热保温效果，进而有效降低运送环节中食品的损失率。低温制品的大量远距离运输和贮藏设备主要有冷藏车、冷库，使用方便，性能可靠，但是建设和运输成本高，能耗消耗大；目前聚氨酯发泡（epu）材料、聚丙烯发泡材料和聚苯乙烯（eps）发泡材料在冰箱冷柜、冷藏展示柜、冷藏拖车、冷藏集装箱和冷藏库中使用广泛。全球约95%以上的冰箱或冷藏设备都使用聚氨酯硬泡（pu foam）作为隔热材料，聚氨酯硬质发泡材料是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。兼具保温与防水功能，是目前所有有机保温材料中导热系数最低的。聚苯乙烯发泡材料(eps)，经过预发、熟化、成型、烘干和切割等工艺制成。它既可制成不同密度、不同形状的发泡材料制品，在冷链物流中具有良好的保温、包装、冷冻效果。但是韧性不是很好，易破裂，缓冲性能一般。加工成泡沫包装后在0
‑
70
°
范围的性质是稳定的，如果温度超高70
°
，聚苯乙烯就会产生有害物质。在低温条件下，聚苯乙烯发泡箱不会释放有毒物质。近年来冷库火灾时有发生，不仅会造成经济损失，也会造成安全问题。而聚氨酯发泡材料与聚苯乙烯发泡材料也是造成火灾的主因之一。
3.低温制品的短途储运多使用发泡聚氨酯或发泡聚苯乙烯等泡沫塑料制成的泡沫保温箱作为主要的储存方式。低温泡沫箱成本低，运输方式灵活，配送方便，配合冰袋使用可冷藏运输各种生物冷冻试剂，锡膏、禽药、药品、血浆、疫苗、水产、家禽、观赏鱼及长距离的外贸保鲜食品。特别适合于车辆难以到达的地区。在冷链运输中目前已投入使用的新型包装有复合保温纸箱、复合瓦楞纸箱、聚丙烯发泡材料（epp）保温箱等。聚丙烯发泡材料是一种性能卓越的高结晶型聚合材料，也是目前增长最快的新型环保抗压缓冲隔热材料。以pp为主要原料，采用物理发泡技术制成发泡珠粒。聚丙烯发泡制品具有十分优异的抗震吸能性能、形变后恢复率高、很好的耐热性、耐化学品、耐油性和隔热性，是冷链物流中的必选材质。另外，其质量轻，可大幅度减轻物品重量。具有韧性好，不易破裂，缓冲性能好。可回收再利用，不会造成白色污染。无论从功能角度还是环境保护角度都能较好地满足未来冷链物流包装的需求。从环保角度，未来聚丙烯发泡材料箱有望取代聚氨酯和聚苯乙烯两类发泡材质的保温箱。
4.目前我国泡沫箱一年用量超千亿，而回收利用的不到 10%，给环境带来严重负担，造成的极大的“白色污染”。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有应用材料中存在的环境问题，开发一种对环境更加友好、具有较好隔热效果、防水防结露，燃烧不产生有毒气体的代塑生物质基冷链物流保温材料及其制备方法。
6.为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种代塑生物质基冷链物流保温材料的制备方法，按照下述步骤进行：（1）木材脱木素：将天然木材切至厚度为1厘米左右，宽度根据实际所需尺寸进行裁切，在酸性亚氯酸钠溶液中以1:15
‑
1:25（g/ml）固液比浸泡2
‑
3天，使溶剂充分浸润板材，再在100 ℃下蒸煮6小时，以除去天然原木中的木质素大分子，同时，酸性亚氯酸钠释放clo2气体对木材进行漂白；紧接着将其在8 %氢氧化钠溶液中80 ℃蒸煮8h左右，以进一步脱出半纤维素和木质素中小分子；（2）冷冻干燥：将步骤（1）中脱木素的板材先在水中浸泡洗去残留溶剂直至中性，再将含水饱满的板材在
‑
20℃冷冻，使含水板材急速冷却，以孔隙中充满的冰晶为模板，得以保留脱木素木材中的孔隙结构，待冷冻结束后转移至冻干机中，根据不同样品尺寸，在
‑
40℃下干燥24小时以上，样品中水分完全升华，脱木素板材得以保留层状多孔结构，样品兼具缓冲性能和保温性能；或者将步骤（1）中含8%氢氧化钠碱液的脱木素的板材直接冷冻干燥12小时以上，回收析出的氢氧化钠固体，再在水中浸泡洗涤至中性后冷冻干燥，在
‑
40℃下干燥24小时以上；（3）覆膜：将防水防火环保胶膜覆在步骤（2）获得的木材纳米纤维多孔材料，在100℃烘箱中加热4
‑
6分钟，胶膜热熔并涂覆在脱木素木材板材的表面，通过涂覆过程可实现不同厚度、不同形状的脱木素板材同向或者交叉粘结组合，涂覆同时表面封孔，使材料成为闭孔结构；得到的组合材料导热系数由脱木素木材的0.08274w/m
·
k降低至0.01862w/m
·
k。
7.所述木材选择轻木
‑
巴尔沙木、椴木或泡桐木。
8.所述木材纳米纤维多孔材料双面复合的环保胶膜防水，根据使用条件调整环保胶膜的厚度（0.1mm
‑
0.3mm），根据保温箱材料的强度和保温性能要求调整同向或者交叉粘结的层数（1
‑
3层）。
9.与现有材料相比，本发明的有益效果是：1、本发明的生物质基保温材料是一种木材纳米纤维多孔材料，因而具备多孔材料的质轻、保温隔热、比强度高的优点，且垂直于木材纳米纤维方向的缓冲性能极好。因较好的各向异性其隔热效果至少可以达到 10℃温差，强度是泡沫塑料的 30 倍以上，且对环境更加友好，在实际的隔热应用中极具吸引力，实际测得的导热系数无论是多孔纤维材料异向交叉粘合还是多孔纤维材料同向粘合都比空气的导热系数小，更不用说低于eps的导热系数了。
10.2、本发明的生物质基保温材料双面覆有一层厚度可调的环保胶膜后可防水防结露，所覆环保胶膜能耐
‑
70℃低温，不使用化学发泡剂，可通过粘合成型还可避免因燃烧产
生的有毒气体引起的人体窒息死亡。
具体实施方式
11.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
12.实施例1（1）将购买的天然巴尔沙木板材用电锯切至5cm
×
5cm
×
1cm薄长方体，配置2%（w/w）naclo2溶液200ml，先按照1:25的固液比向500ml烧杯中加入70ml2%（w/w）naclo2溶液，接着滴加冰乙酸调ph值至4.6左右，再将称重为3.3克的巴尔沙木块在naclo2溶液中浸泡48h，并用保鲜膜密封，使溶剂充分浸润巴尔沙原木。然后在恒温油浴锅上100 ℃下蒸煮6h进行脱木素。
13.（2）将步骤（1）中蒸煮后的木块从溶液中取出，用去离子水冲洗表面残留溶剂之后再将其在8%（w/w） naoh溶液中80 ℃下蒸煮8h进一步脱除残余木素。
14.（3）将步骤（2）中脱木素的木块先在水中浸泡洗去残留氢氧化钠溶液直至中性，再将含水饱满的木块放置在培养皿上，并用保鲜膜密封之后转移至
‑
20℃下冷冻24小时，待冷冻结束后转移至冻干机中，根据样品尺寸，在
‑
40℃下干燥24小时以上，样品中水分完全升华，以脱木素木块孔隙中冻结的冰晶为模板，脱木素木材得以保留层状多孔结构，制备的木材纳米纤维多孔材料。
15.或者将步骤（2）中含8%氢氧化钠碱液的脱木素的木块直接冷冻干燥12小时以上，回收析出的氢氧化钠固体，再在水中浸泡洗涤至中性后冷冻干燥，干燥条件如上段所述。
16.（4）将厚度为0.1mm、密度0.98g/cm
³
的胶膜放置在冷冻干燥的脱木素木块表面，在100℃烘箱中加热4
‑
6分钟，胶膜热熔后涂覆在脱木素木材表面，涂覆同时表面封孔，使材料成为闭孔结构阻隔木材内部空气与外界交换，有效减少热传递。
17.（5）采用导热系数仪（瑞典hot disk，2500s）以瞬态平面热源法测定制备的覆膜木材纳米纤维基保温材料的导热系数。将仪器平面热源夹片置于两块同向（平行）的双面覆膜的木材纳米纤维材料上，调整高度使夹片平整并加紧，在环境温湿度下，分别测定双面覆膜的木材纳米纤维材料的导热系数，每个试样测试3次，取平均值，测量时间20s，加热功率800mw。测得的保温材料的导热系数如表1所示。
18.实施例2（1）将购买的天然巴尔沙木板材用电锯切至5cm
×
5cm
×
1cm薄长方体，配置2%（w/w）naclo2溶液200ml，先按照1:25的固液比向500ml烧杯中加入70ml2%（w/w）naclo2溶液，接着滴加冰乙酸调ph值至4.6左右，再将称重为3.3克的巴尔沙木块在naclo2溶液中浸泡48h，并用保鲜膜密封，使溶剂充分浸润巴尔沙原木。然后在恒温油浴锅上100 ℃下蒸煮6h进行脱木素。
19.（2）将步骤（1）中蒸煮后的木块从溶液中取出，用去离子水冲洗表面残留溶剂之后再将其在8%（w/w） naoh溶液中80 ℃下蒸煮8h进一步脱除残余木素。
20.（3）将步骤（2）中含8%氢氧化钠碱液的脱木素的木块直接冷冻干燥12小时以上，回收析出的氢氧化钠固体，再在水中浸泡洗涤至中性后冷冻干燥，在
‑
40℃下干燥24小时以上，样品中水分完全升华。
21.（4）将厚度为0.1mm、密度0.98g/cm
³
的胶膜放置在冷冻干燥的脱木素木块表面，在
100℃烘箱中加热4
‑
6分钟，胶膜热熔后涂覆在脱木素木材表面，涂覆同时表面封孔，使材料成为闭孔结构阻隔木材内部空气与外界交换，有效减少热传递。
22.（5）采用导热系数仪（瑞典hot disk，2500s）以瞬态平面热源法测定制备的覆膜木材纳米纤维基保温材料的导热系数。将仪器平面热源夹片置于异向（交叉）的双面覆膜的木材纳米纤维材料上，调整高度使夹片平整并加紧，在环境温湿度下，分别测定双面覆膜的木材纳米纤维材料的导热系数，每个试样测试3次，取平均值，测量时间20s，加热功率800mw。测得的保温材料的导热系数如表1所示。
23.表1制备的生物质基保温材料与常用材料的热性能对比 热导率（w/m
·
k）热扩散率（mm2/s）比热（mj/m3k）探测深度（mm）沿纤维方向平行放置的双面覆膜的巴尔莎木纳米纤维材料0.018850.020280.92961.26沿纤维方向交叉放置的双面覆膜的巴尔莎木纳米纤维材料0.0230.036440.65311.69沿纤维方向平行放置的双面覆膜的椴木纳米纤维材料0.020090.022150.53262.04沿纤维方向交叉放置的双面覆膜的椴木纳米纤维材料0.023840.038720.40631.45沿纤维方向平行放置的双面覆膜的泡桐木纳米纤维材料0.022610.041740.50981.58沿纤维方向交叉放置的双面覆膜的泡桐木纳米纤维材料0.023970.049380.41991.58空气0.01~0.04///发泡聚苯乙烯（eps）0.041///发泡聚氨酯（epu）0.024///发泡聚乙烯（epe）0.0329~0.036///
实施例3实验过程与实施例1相同，不同之处在于试验木材种类为1cm厚左右的椴木。制得的保温材料的导热系数如表1所示。
24.实施例4实验过程与实施例1相同，不同之处在于试验木材种类为1cm厚的泡桐木，脱木素处理条件中配置2.5%（w/w）naclo2溶液。制得的保温材料的导热系数如表1所示。
25.本发明提供了一种代塑生物质基冷链物流保温材料及其制备方法。通常把导热系数较低的材料称为保温材料。一般导热系数小于或者等于0.2 w/(m
·
k)的都可称为保温材料。我国国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12w/(m
·
k)的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05 w/(m
·
k)以下的材料称为高效保温材料。从目前开发的材料来看（见表1），不管纤维同向放置还是异向放置制得的轻质木基保温材料的导热系数都比发泡聚苯乙烯（eps）、发泡聚氨酯（epu）和发泡聚乙烯（epe）的导热系数小，有的接近空气导热系数的最低值。表明目前开发的轻质木基保温材料完全可用于代塑保温材料。
26.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。